Механические свойства и конструкционная пригодность металлов и сплавов

Abstract

RU: Цель. Задачей данной работы было обосновать целесообразность использования понятия конструкционной пригодности металла для конкретного изделия на принципе достижения его максимальной конструкционной прочности (несущей способности) за счет рационального сочетания базового комплекса механических свойств. Методика. Анализ ранее полученных авторами работы экспериментальных данных по исследованию закономерностей связи показателей несущей способности образцов с надрезом σNF с базовыми механическими характеристиками сталей разного уровня прочности σ0,2. Результаты. Установлено, что главным признаком конструкционной пригодности сплава для данного изделия, несущего определенную силовую нагрузку σNF, служит адекватная сопротивляемость сплава пагубному действию неоднородных силовых полей (концентраторов напряжений), способных привести к преждевременному разрушению изделия, защитой от которого служит специальное свойство металла – деформационная стойкость Br = SK/σ0,2. Показано, что оптимальная конструкционная пригодность достигается для сплава с критическим значением Brb, отвечающем максимально возможной для данного изделия несущей способностью σNFmax. Научная новизна. Впервые в материаловедении предлагается количественно измеряемый параметр Pme, обозначающий меру запаса допустимой (безопасной) силовой перегрузки изделия с неоднородным характером распределения деформаций по рабочему сечению вблизи концентратора напряжений. Практическая значимость. Традиционный инженерный расчет допустимых нагрузок при проектировании изделий может быть дополнен предварительным расчетом основных показателей механических свойств металла, что исключает возможность реализации хрупкого вида разрушения с потерей прочности изделия в случае экстремальной его перегрузки при эксплуатации.

UK: Ціль. Завданням даної роботи було обґрунтувати доцільність використання поняття конструкційної придатності металу для конкретного виробу на принципі досягнення його максимальної конструкційної міцності (несучої здатності) за рахунок раціонального поєднання базового комплексу механічних властивостей. Методика. Аналіз раніше отриманих авторами роботи експериментальних даних по дослідженню закономірностей зв'язку показників несучої здатності зразків з надрізом σNF з базовими механічними характеристиками сталей різного рівня міцності σ0,2. Результати. Встановлено, що головною ознакою конструкційної придатності сплаву для даного виробу, що несе певне силове навантаження σNF, слугує адекватна опірність сплаву згубній дії неоднорідних силових полів (концентраторів напружень), здатних привести до передчасного руйнування виробу, захистом від якого слугує спеціальна властивість металу – деформаційна стійкість Br = SK/σ0,2. Показано, що оптимальна конструкційна придатність досягається для сплаву з критичним значенням Brb, що відповідає максимально можливій для даного виробу несучій здатності σNFmax. Наукова новизна. Вперше в матеріалознавстві пропонується кількісно вимірюваний параметр Pme, що позначає міру запасу допустимого (безпечного) силового перевантаження виробу з неоднорідним характером розподілу деформацій по робочому перерізу поблизу концентратора напружень. Практична значимість. Традиційний інженерний розрахунок допустимих навантажень при проектуванні виробів може бути доповнений попереднім розрахунком основних показників механічних властивостей металу, що виключає можливість реалізації крихкого вигляду руйнування з втратою міцності виробу в разі його екстремального перевантаження при експлуатації.

EN: Purpose. The aim of this study was to prove the feasibility of using the metal structural suitability of the concept for a specific product on the principle of achieving its maximum structural strength (bearing capacity) due to the rational combination of the base of the complex mechanical properties. Methodology. An analysis of previously obtained by the authors of the experimental data on the study of patterns of connection parameters carrying capacity of notched σNF with basic mechanical properties of steels of different strength level σ0,2. Findings. It was established that the main feature of the structural suitability of the alloy for the product bearing a certain power load σNF, provides adequate resistance alloy harmful effects of nonuniform force fields (stress concentrators) that can lead to premature failure of the product, which is protected by special metal property – deformation resistance Br = SK/σ0,2. It is shown that the optimal structural suitability of the alloy is achieved with the critical value Brb, corresponding to the maximum possible for the product bearing capacity σNFmax. Originality. For the first time in materials offered quantifiable parameter Pme, indicating the extent of the permissible margin (secure) power overload products with non-uniform strain distribution on the nature of the working cross-section near the stress concentrator. Practical value. The traditional engineering calculation of permissible loads in the design of products can be supplemented by a preliminary calculation of the main indicators of the mechanical properties of the metal, which excludes the possibility of realizing a fragile type of failure with loss of strength of the product in case of extreme overload during operation.